книги из ГПНТБ / Подготовительные процессы переработки масличных семян

проводность слоя семян подсолнечника с масличностью 38—50%. увеличивается.

С учетом степени влиянияотдельных факторов получена обобщенная зависимость коэффициента теплопроводности семян подсолнечника следующего вида:

необходимо умножить на 1,163.

Среднее отклонение расчетных значений X от опытных состав­ ляет ±2,7% . Формула рекомендуется для инженерных расчетов в интервале влажности семян 6—25%.

Теплопроводность слоя подсолнечной мяткн методом плоской пластины определялась в работах [165, 166, 167]. Исследованию подвергалась мятка с масличностью 53—55% и лузжистостью 6,4—7,8% •

В результате математической обработки авторами в оконча­ тельном виде получена следующая эмпирическая зависимость

Данное выражение справедливо в пределах изменения t от 3Ö до 60° С, W от 0,35 до 11,10% и рн от 440 до 560 кг/м3. Сред­ няя ошибка при использовании формулы составляет ±5,6%.

Как видно, формула (II—18) справедлива лишь в узком пре­

коэффициент потенциалопроводности теплопереноса, характери­ зует интенсивность распространения температурного поля в ма­ териале и численно равен количеству тепла, которое передается теплопроводностью через единицу поверхности в единицу вре­ мени при градиенте объемной концентрации внутренней энер­ гии, равном единице. Он измеряется в м2/с.

Аналитически коэффициент температуропроводности обычно представляют в виде отношения, связывающего основные тепло­ физические характеристики тела:

X

Следовательно, величина а зависит от тех же факторов, что и X, с и р. Обычно р известно, поэтому для определения коэффп-

циента температуропроводности достаточно, чтобы были извест­ ны численные значения с- и %. Например, коэффициент темпера­ туропроводности семян подсолнечника различных сортов может 'быть определен по формуле (II—19), если предварительно под­ считать по формулам (II—14) и (II—17) с и Я.

Экспериментально коэффициент температуропроводности оп­ ределялся для подсолнечной мятки.

В уже цитированных выше работах [165, 166, 167] с исполь­ зованием метода плоской пластины экспериментально получены и обобщены значения а для подсолнечной мятки:

а = [(258 + 4 ,5 W + 1,120 10—в](1,22 — 5-10-* р„). (II—20)

Характеристика мятки и диапазон изменения параметров, входящих в выражение (II-—20), те же, что и для формулы (II—18). Средняя ошибка расчетов а по формуле (И—20) со­ ставляет ±2,3%.'

В работе [21] для экспериментального определения коэффи­ циента температуропроводности подсолнечной мятки использо­ вали метод мгновенного источника. Предложенная эмпирическая зависимость имеет вид:

а = (29,75 + 0,86,/? — 1,75t — 134,7u — 0.03./72 + 0,02?2+628u2) ІО-3. (II—21)

Эта формула справедлива для следующих интервалов значе­ ний величин, входящих в нее:

Л = 1,6 -і- 17,0%, ы = 0,015 ч- 0,140 кг/кг и t = 15ч-100°С.

В отличие от выражения (II—20) в формулу (II—21) входит лузжистость, которая технологически более точно характеризу­ ет мятку, чем объемная масса, поскольку последняя в реальных условиях Зависит от многих трудно учитываемых факторов.

Рассмотренные литературные данные по теплофизическим свойствам масличных семян и их полупродуктов показывают, что эти свойства наиболее полно изучены для слоя семян и мят­ ки подсолнечника. При известной объемной массе или кажущей­ ся плотности этих продуктов по формулам (II—14) и (II—17), (II—15) и (II—21), (II—18) и (II—20) с использованием выра­ жения (II—19) можно получить весь комплекс основных тепло­ физических характеристик, которые обычно бывают необходимы

винженерных расчетах.

Косновным влагообменным характеристикам капиллярно­ пористых тел относятся Удельная изотермическая влагоемкость,

термоградиентный коэффициент и коэффициенты влаго- и потені циалопроводности пёреноса влаги.

У д е л ь н а я и з о т е р м и ч е с к а я в л а г о е м к о с т ь ст — по аналогии с удельной теплоемкостью определяется как отно­ шение удельного влагосодержания к потенциалу переноса жид­ кости, она измеряется в моль/Дж.

53−

морфологических частей высокомасличных семян подсолнечника и различных сортов и опушенности семян хлопчатника [191]. Так, для семян подсолнечника в интервале ф = 0,14-0,8 средняя изотермическая влагоемкость для ядра и лузги соответственно составляет 0,164-ІО-7 моль/Дж и 0,313-ІО-7 моль/Дж, т. е. сред­ няя изотермическая влагоемкость лузги примерно в 2 раза вы­ ше, чем ядра. Средняя изотермическая влагоемкость целого се­ мени, рассчитанная как средневзвешенная величина при лузжистости семян 24,1%, составила 0,2- ІО-7 моль/Дж.

Средняя удельная изотермическая влагоемкость в интервале Ф от 0,2 до 0,6 для шелухи средневолокнистых хлопковых семян

величина ст возрастает. Так, для средневолокнистых хлопковых

•ІО-7 моль/Дж. Для тонковолокнистых хлопковых семян с опу­

шенностью 7,1% с,„=0,59-ІО-7, а с опушенностью 1,6%— ст= = 0,45-ІО-7 моль/Дж.

Способы определения ст описаны в работах [122, 147, 190]. Зная значения ст для гигроскопической области, можно рассчи­ тать влагообмен между продуктом и окружающей средой.

Т е р м о г р а д и е н т н ы й к о э ф ф и ц и е н т , или коэффи­ циент термовлагопроводности б, определяет градиент влажности в материале при температурном градиенте, равном 1 К/м. В за­ висимости от размерности градиента влажности термоградиеитный коэффициент может иметь размерность %/К или К-1. Термо­ градиентный коэффициент обычно зависит от влажности и тем­ пературы материала.

Термоградиентный коэффициент хлопковых семян и их мор­ фологических частей исследовался применительно к процессу увлажнения семян [34, 36]. Обобщенный анализ этих данных приведен в работе [15].

При определении термоградиентного коэффициента ядра и лузги высокомасличного подсолнечника рассматривалось его изменение в зависимости от влажности [210].

Сравнение величин термоградиентных коэффициентов ядер и оболочек хлопковых и подсолнечных семян показывает, что их максимальные значения близки (рис. 29, 30). Однако положение максимальных значений б для ядра и лузги хлопковых семян смещены в зону более высоких влажностей, что указывает на более высокий уровень связанной влаги в оболочке и ядре хлоп­ ковых семян, чем у высокомасличных семян подсолнечника.

54

ваемых семян характерно то, что при влажности ядра 16—20% значения их термоградиентных коэффициентов становятся рав­ ными нулю. Поскольку обычно ' в процессах увлажнения или обезвоживания масличных семян влажность ядра остается ниже влажности оболочки, то, очевидно, механизм указанных процессов для ядра и оболочки различен. Это об­ стоятельство необходимо учитывать при выборе способов и режимов ве­

дения диффузионных процессов.

В работе [21] установлено влияние на термоградиентный ко­ эффициент подсолнечной мягки не только влагосодержания и температуры, но и лузжистости. Найденная эмпирическая за­ висимость между указанными величинами имеет вид:

б = (9,868 + 0,35Л — 0 ,2At — 31, 4ц — 0 ,0083Л2 +

•ІО-3 1/К, справедлива для следующих интервалов значений ве­

Н а и б о л е е в а ж н ы м к о э ф ф и ц и е н т о м в л а г о п е ­ р е н о с а я в л я е т с я к о э ф ф и ц и е н т _ п о т е н ц и а л о п р о -

55

коэффициент аналогичен коэффициенту температуропроводно­ сти, только характеризует скорость распространения не тепла, а влаги в материале. Обычно он зависит от физических свойств, влажности и температуры продукта. В области гигроскопической влажности значения ат соответствующих морфологических час­ тей рассматриваемых семян близки по величине (рис. 31, кри­ вые 1, 3] рис. 32, кривые 1, 2), что прежде всего указывает на незначительное различие их влагоинерционных свойств.

Анализ графических зависимостей показывает, что для ядер и оболочек рассматриваемых масличных семян существуют раз­ личные виды переноса влаги. Например, .в гигроскопической об­ ласти при снижении влажности до 20% из ядер удаляется пре­ имущественно осмотически связанная влага, поскольку ат в ин­ тервале влажности от 25 до 20% несколько увеличивается. При дальнейшем уменьшении влажности ядра происходит одновре­ менно испарение и перемещение капиллярной влаги внутрь яд­ ра, что вызывает углубление поверхности испарения. В резуль­ тате этого увеличивается сопротивление перемещению влаги в ядре, а следовательно, уменьшается коэффициент ат . В расемотренном случае влагоперенос осуществляется преимущест­ венно в виде пара. Для оболочек рассматриваемых семян и для целых хлопковых семян характерен в основном именно такой

56

вид переноса влаги, поскольку с уменьшением влажности их коэффициент Отуменьшается.

Более полные исследования и обобщения по коэффициенту потенциалопроводности подсолнечной мятки выполнены в рабо­ те [21]. Исследования проводились с применением метода не­ стационарного потока вещества при изотермических условиях. Обобщения, полученные авторами этой работы, позволили най­ ти эмпирическую зависимость коэффициента потенциалопровод­ ности от лузжистости, температуры и влагосодержания мятки:

Зависимость получена для значений ат=0,16-10-4-^3,70- •ІО-4 м2/ч и справедлива при ./7=1,6-н17%, ц=0,06-=-0,140 кг/кг

иt= 18^70° С.

Висследованной области влагосодержания мятки наимень­ шие значения б и наибольшие значения ат соответствуют интер­ валу влагосодержаиий 0,10—0,16 кг/кг.

К о э ф ф и ц и е н т в л а г о п р о в о д н о с т и Хт равен произ­ ведению потенциалопроводности на объемную влагоемкость

Анализ литературных данных показывает, что влагообменные свойства масличных семян и полупродуктов их переработки изу­ чены в меньшей степени, чем теплофизические, хотя и последние наиболее полно представлены лишь по семенам и мятке под­ солнечника. Поэтому исследования и обобщения в этой области должны быть значительно расширены. При этом, очевидно, пред­ почтительнее методы, которые позволяют одновременно полу­ чать все теплофизические и влагообменные характеристики из одного опыта не только для слоя продукта, но и для единичных, масличных семян (частиц мятки).

Термостойкость масличных семян является важнейшей техно­ логической характеристикой при осуществлении процессов, свя­ занных с тепловой обработкой (активное вентилирование и суш­ ка семян).

Термостойкость можно охарактеризовать наибольшей (пре­ дельной) средней температурой нагрева, действие которой при оптимальной влажности продукта в данных условиях его обра­ ботки либо изменяет основные качественные показатели про­ дукта в пределах установленных норм, либо изменяет их в пре­ делах, не регистрируемых современными методами исследо­ вания.

Это определение термостойкости, хотя и носит приближен­ ный характер, все-таки применимо к. масличным семенам, пред­

57

назначенным для промышленной переработки на предприятиях

биологической активностью (в частности, всхожестью и энерги­ ей прорастания).

Изучению термостойкости масличных семян (главным обра­ зом высокомасличных семян подсолнечника, у которых за основ­

из способов нагрева или сушки, все исследователи более или ме­ нее единодушны в том, что она зависит главным образом от на­ чальной влажности семян и продолжительности нагрева или сушки.

Нами произведен анализ данных по термостойкости маслич­ ных семян при усредненных значениях характеристик семян и продолжительности их нагрева или сушки с учетом способа и основных условий сушки или нагрева семян.

Усредненные данные по термостойкости масличных семян представлены в табл. 22.

Из табл. 22 видно, что величина усредненной термостойкости масличных семян данного вида в значительной степени зависит от того, насколько используемый способ обеспечивает равномер­ ность нагрева или нагрева и сушки одновременно. Сдёланное заключение совпадает с выводом А. С. Гинзбурга [42] примени­ тельно к сушке зерна и подтверждается данными по средней термостойкости масличных семян. Например, семена подсолнеч­ ника с масличностью 45—50% при высушивании в кипящем слое при периодическом режиме и двустороннем инфракрасном облу­ чении одного слоя семянок, во взвешенном состоянии, в слое 50 мм без продувки и в плотном подвижном или пересыпающем­ ся слое обладают термостойкостью соответственно 125, 104, 93, 68 и 60° С. Последняя цифра соответствует промышленным усло­ виям сушки в шахтных и барабанных сушилках [220, 259].

Высокая равномерность сушки семян подсолнечника в кипя­ щем слое при периодической организации процесса подтверж­ дается специальными исследованиями [26, 45].

Некоторое понижение термостойкости подсолнечника при двустороннем облучении ламповыми излучателями и при сушке во взвешенном состоянии по сравнению с сушкой в кипящем слое, очевидно, объясняется тем, что в первом случае имеет ме­ сто неравномерное поле температур, которое создается лампо­ выми излучателями, во втором случае длительность пребывания крупных и мелких фракций семян в зоне высоких температур различна вследствие различия их аэродинамических свойств.

58

Т а б л и ц а 22

59

Ч А С Т Ь В Т О Р А Я

ОЧИСТКА И КАЛИБРОВАНИЕ МАСЛИЧНЫХ СЕМЯН

ГЛАВА III

ПРОСЕИВАНИЕ НА СИТЕ С ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ

ПРОСЕИВАНИЕ ПРИ НЕСТЕСНЕННОМ ПЕРЕМЕЩЕНИИ ЧАСТИЦ

Рассмотрим вопрос об условиях прохода частиц через отверстия сита. Общая постановка вопроса, отражающая реальные усло­ вия прохода одиночной частицы через отверстия сита, очевидно, должна отражать связь размеров и формы просеиваемой части­ цы, условий взаимодействия частицы со средой (воздухом) во вр’емя ее полета над отверстием и с поверхностью сита (главным образом в момент отрыва частицы от'кромки отверстия), разме­ рами и формой отверстий сита и кинематическими параметрами его работы. Отметим, что в настоящее время нет решений рас­ сматриваемой задачи, которые полностью учитывали бы назван­ ные связи. Во всех известных нам работах производятся те или иные упрощения, а в некоторых работах отсутствует связь меж­ ду важнейшими группами факторов, определяющими эффектив­ ность просеивания одиночной частицы. Рассмотрим наиболее важные работы в этой области в хронологическом порядке, ко­ торый в общем удачно совпадает с порядком усложнения зада­ чи (приближения ее к реальным условиям просеивания).

В. П. Горячкин [57] в 1922 г. впервые рассмотрел задачу об условиях прохода круглой частицы радиуса г через отверстие размером / (рис. 33) и получил простейшие формулы для пре­ дельной относительной скорости частицы

( Ш - 1 )

и предельного размера отверстия

(ІИ -2)

61

\